HÓA SINH MÀNG TẾ BÀO. TS.BS. Trần Thị Chi Mai. Bộ môn Hóa sinh lâm sàng Khoa KTYH- Đại học Y Hà Nội

Hố sinh màng tế bào

TS.BS Trần Thị Chi Mai
Bộ mơn Hoá sinh lâm sàng
Khoa KTYH- Đại học Y Hà Nội

1


MỤC TIÊU HỌC TẬP
1. Trình bày được cấu trúc màng tế bào: thành phần
hố học, mơ hình cấu trúc
2. Trình bày được sự vận chuyển các chất qua màng
bào tương tế bào

2


Màng tế bào
• Tất cả các tế bào được

bao bọc bởi màng bào
tương (plasma
membrane).
• Màng tế bào bao gồm lớp
lipid kép với các protein
hình cầu gắn vào lớp lipid
kép
• Trên bề mặt màng, các
nhóm carbohydrat gắn
với lipid tạo glycolipid,

gắn với protein tạo
glycoprotein. Các phân tử
này hoạt động như các
dấu ấn nhận dạng tế bào
(cell identity markers).
3


Mơ hình khảm lỏng
(Fluid Mosaic Model)
• Năm 1972, S. Singer và G. Nicolson đề xuất mơ hình

cấu trúc màng tế bào là mơ hình khảm lỏng
Glycoprotein

Extracellular fluid

Glycolipid

Carbohydrate

Cholesterol

Transmembrane
proteins
Peripheral
protein

Cytoplasm
Filaments of

cytoskeleton

4


Phospholipid
•

•

Trong phospholipids, 2 nhóm –OH của glycerol gắn với acid
béo. Nhóm –OH thứ 3 gắn với gốc phosphat, gốc phosphat lại
gắn với các nhóm phân cực khác.
Gốc phosphat và các nhóm phân cực ưa nước (hydrophilic)
(đầu phân cực) trong khi chuỗi hydrocarbon của 2 acid béo kỵ
nước (hydrophobic) (đuôi không phân cực).

Choline
Phosphate
Glycerol

Fatty acids
Hydrophilic
head
Hydrophobic
tails
Structural formula

Space-filling model

Phospholipid symbol

5


Phospholipid
• Glycerol

• Hai acid béo
• Gốc Phosphate
• Nhóm phân cực

Hydrophilic
heads

ECF WATER

Hydrophobic
tails

ICF WATER

6


Lớp Phospholipid kép
• Gồm 2 lớp phospholipid; đi khơng phân cực hướng

vào trong, đầu phân cực ở bề mặt.
• Tế bào động vật chứa cholesterol.

• Dạng lỏng, cho phép các protein di chuyển trong lớp kép
(bilayer).
Polar
hydro-philic
heads
Nonpolar
hydro-phobic
tails

Polar
hydro-philic
heads

7


Tính lỏng của màng
•
•

•

•

Các phân tử của màng được liên kết với nhau bởi các tương tác kỵ nước
yếu.
Phần lớn lipid và một số protein di chuyển sang bên cạnh trong mặt phẳng
của màng, nhưng hiếm khi di chuyển từ lớp phospholipid này sang lớp kia
(flip-flop).
Tính lỏng của màng chịu ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi nhiệt độ thấp đi,

màng chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn do các phân tử
phospholipid xếp chặt lại hơn.
Tính lỏng của màng chịu ảnh hưởng của thành phần cấu tạo. Màng giàu
acid béo không no lỏng hơn màng chủ yếu là acid béo no vì liên kết đơi của
acid béo khơng no ngăn cản sự gắn chặt.

Lateral movement
(~107 times per second)

Flip-flop
(~ once per month)

8


Thành phần cấu tạo của màng
•

Cholesterol
•
•
•
•

Xen giữa các phân tử phospholipid màng tế bào động vật
Ở nhiệt độ ấm (37°C), cholesterol hạn chế sự di chuyển của
phospholipids và giảm tính lỏng của màng.
Ở nhiệt độ thấp, nó duy trì tính lỏng bởi ngăn chặn sự gắn kết
chặt.
Do vậy cholesterol hoạt động như “đệm nhiệt độ” cho màng,

chống lại sự thay đổi tính lỏng của màng khi nhiệt độ thay đổi.

Cholesterol

9


Thành phần cấu tạo của màng
•

Carbohydrat màng
•
•

•

Tương tác với các phân tử trên bề mặt màng của tế bào khác, giúp nhận biết
tế bào- tế bào.
Nhận biết tế bào- tế bào là khả năng của tế bào phân biệt loại tế bào bên cạnh
với tế bào khác

Protein màng
•
•
•
•

Nằm trong lớp lipid kép
Protein ngoại vi (Peripheral proteins) gắn lỏng lẻo với bề mặt màng
Protein xuyên màng (Integral proteins) nằm trong lớp lipid kép

Nhiều protein trải từ mặt này sang mặt kia của màng (transmembrane
proteins)

Fibers of extracellular
matrix (ECM)

EXTRACELLULAR
SIDE
N-terminus

Glycoprotein
Carbohydrate

Glycolipid

Microfilaments
of cytoskeleton Cholesterol

Peripheral
protein

C-terminus

Integral
protein

a Helix

10

CYTOPLASMIC
SIDE


Các chức năng của màng tế bào
• Điều hồ sự vận chuyển các chất vào hay

ra khỏi tế bào, giữa các bào quan tế bào
và bào tương.
• Phát hiện các chất truyền tin hố học tới
bề mặt tế bào
• Kết nối các tế bào kề cận với nhau ở các
chỗ nối
• Neo các tế bào vào chất nền bên ngồi tế
bào

11


6 Chức năng chính của Protein màng tế bào
1. Vận chuyển. (trái) Protein xuyên màng có thể tạo kênh
ưa nước cho phép các chất tan đi qua. (Phải) Cac
protein vận chuyển chất từ phia này sang phía kia bằng
thay đổi hình dạng. Một số protein này thuỷ phân ATP
cung cấp năng lượng bơm các chất qua màng.
2. Hoạt tính enzym. Protein màng có thể là enzym với
trung tâm hoạt động ở phía dung dịch bên cạnh. Một số
trường hợp, một số enzym được sắp xếp thành nhóm
xúc tác nhiều bước liên tiếp của con đường chuyển
hố.

ATP
Enzymes

3. Truyền tín hiệu (Signal transduction). Protein màng có
vị trí gắn có hình dáng cụ thể vừa khít với các tín hiệu
hố học như hormone. Chất truyền tin bên ngồi (tín
hiệu) có thể gây ra thay đổi cấu hình của protein
(receptor) làm khởi phát truyền tin trong tế bào.

Signal

Receptor

12


6 Chức năng chính của Protein màng tế bào
4.

Nhận biết tế bào- tế bào. Một số glyco-protein được dùng
như các vị trí gắn với các tế bào và được nhận biết đặc hiệu
bởi các tế bào khác.
Glycoprotein

5.

Nối các tế bào. Protein màng của các tế bào kề cận có thể
móc với nhau theo nhiều cách tiêp nối:
gap junctions hoặc tight junctions

6. Gắn với bộ khung tế bào và matrix ngoài tế bào.
Các vi sợi (microfilaments) hoặc các yếu tố khác của
bộ khung tế bào có thể gắn với protein màng, giúp duy trì
hình dáng tế bào và ổn định vị trí của protein màng.
Các protein gắn với matrix ngồi tế bào, có thể phối hợp
các thay đổi trong và ngồi tế bào.

13


Functions of Plasma Membrane Proteins
Outside

Plasma
membrane
Inside
Transporter

Enzyme

Cell surface identity
marker

Cell adhesion

Cell surface
receptor

Attachment to the

cytoskeleton

14


Vận chuyển qua màng
• Màng bào tương phân cách tế bào sống với mơi

trường bên ngồi.
• Để duy trì sự sống, tế bào phải trao đổi vật chất
với môi trường bên ngồi, q trình kiểm sốt
bởi màng bào tương.
• Vật chất đi vào và đi ra khỏi tế bào qua màng.
• Cấu trúc màng làm nó có tính thấm chọn lọc,
cho phép một số chất đi qua dễ dàng hơn chất
khác.

15


Vận chuyển qua màng
• Màng bào tương có tính thấm chọn lọc

16


Vận chuyển thụ động
(Passive Transport)
• Vận chuyển thụ động là sự khuyếch tán

một chất qua màng tế bào mà không cần
tiêu hao năng lượng
• 4 loại
• Khuyếch tán đơn thuần (Simple diffusion)
• Thẩm phân (Dialysis)
• Thẩm thấu (Osmosis)
• Khuyếch tán tăng cường (Facilitated diffusion)

17


Dung dịch và vận chuyển
• Dung dịch – hỗn hợp thuần nhất của hai

hoặc nhiều thành phần

• Dung mơi – mơi trường hồ tan
• Chất tan – các thành phần chiếm lượng nhỏ

hơn trong dung dịch

• Dịch trong tế bào– dịch nhân và dịch bào

tương
• Dịch ngồi tế bào

• Dịch kẽ– dịch trong mơ nhưng bên ngồi tế

bào
• Huyết tương– dịch của máu

18


Khuyếch tán
•
•

•

Sự di chuyển một chất từ nơi có nồng độ cao hơn đến nơi có nồng
độ thấp hơn – làm giảm gradient nồng độ
Do sự chuyển động tự do của các nguyên tử và phân tử
Sự chuyển động của các nguyên tử và phân tử riêng rẽ là ngẫu
nhiên, nhưng mỗi chất di chuyển theo hướng làm giảm gradient
nồng độ.
Lump
of sugar

Random movement leads to
net movement down a
concentration gradient

Water
No net movement at
equilibrium

19


Khuyếch tán qua màng

•
•

•

Màng có các lỗ đủ lớn cho các phân tử đi qua.
Sự chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử giúp chúng đi qua các
lỗ, từ phía có nồng độ cao sang phía có nồng độ thấp hơn.
Kết quả dẫn đến cân bằng động: Các phân tử chất tan tiếp tục đi
qua màng nhưng với tốc độ ngang nhau ở cả hai hướng.

Net diffusion

Net diffusion

Equilibrium

20


Tính thấm của lớp lipid kép
• Các yếu tố ảnh hưởng đến tính thấm
• Tính tan của lipid
• Kích thước
• Điện tích
• Sự có mặt của các kênh và các chất vận chuyển
• Các phân tử kỵ nước tan trong lipid và có thể

qua màng nhanh chóng.
• Các phân tử phân cực khơng qua màng được

nhanh chóng
• Các protein vận chuyển cho phép các chất ưa
nước qua màng tế bào.

21


Các q trình vận chuyển thụ động
• Khuyếch tán chọn lọc của

chất liên quan đến sự chuyển
động của vật chất qua màng
bán thấm
• Thẩm phân/khuyếch tán
chọn lọc
• Chất tan trong Lipid
• Các phân tử nhỏ có thể
qua màng
• Khuyếch tán tăng cường- các
chất đòi hỏi protein vận
chuyển để vận chuyển qua
màng thụ động
• Thẩm thấu – khuyếch tán
đơn giản của nước

22


Thẩm thấu (Osmosis)
• Khuyếch tán của dung mơi qua

màng bán thấm.
• Trong cơ thể sống, dung mơi ln
là nước, các nhà sinh học định
nghĩa osmosis là sự khuyếch tán
của nước qua màng bán thấm.

23


Osmosis
Lower
concentration
of solute (sugar)

Higher
concentration
of sugar

Same concentration
of sugar

Selectively
permeable membrane: sugar molecules cannot pass
through pores, but
water molecules can

Water molecules
cluster around
sugar molecules

More free water
molecules (higher
concentration)

Fewer free water
molecules (lower
concentration)
Osmosis



Water moves from an area of higher
free water concentration to an area
of lower free water concentration

24


Áp lực thẩm thấu
• Áp lực thẩm thấu của một dung dịch là áp

lực cần thiết để giữ cân bằng với nước
tinh khiết.
• Nồng độ chất tan trong dung dịch càng
cao, áp lực thẩm thấu của dung dịch càng
cao.
• Trương lực (tonicity) là khả năng của dung
dịch làm cho tế bào lấy hoặc mất nướcdựa trên nồng độ của chất tan.
25